Проблема чистой пресной воды для стран тропической. Конспект проблема нехватки питьевой воды. Всемирная водная проблема

Рассмотрены причины возникновения и усиления дефицита пресной воды, показано, что в середине третьего десятилетия XXI в. этот дефицит неизбежно примет глобальные масштабы и вызовет структурную перестройку мировой экономики. На мировом рынке будут ускоренно развиваться секторы водоемкой продукции, водосберегающих и водоохранных технологий, в то время как рынки воды останутся, в основном, бассейновыми из-за резкого скачка затрат на транспортировку воды при пересечении границ бассейнов. В России имеются колоссальные ресурсы пресной воды, использование которых позволит развить до экспортных масштабов производство различных видов водоемкой продукции и не только ответить на потребность мирового сообщества, но и обеспечить качественный экономический рост в стране.

The author considers reasons of emergence and strengthening of the deficiency of sweet water, it is shown that in the middle of the third decade of the 21st century this deficiency will inevitably increase in global scales and will cause restructuring of the world economy. Sectors of wet industry, water-efficient and water-protecting technologies will be increasingly developed in the world market while the markets of water will remain generally basinal because of sharp leap in costs for transportation of water when crossing the borders of basins. There are enormous resources of sweet water in Russia which use will allow to develop production of different types of wet industry to export scales and not only to satisfy the requirements of the world community, but also to provide high-quality economic growth in the country.

1. Введение

Дефицит пресной воды - явление, знакомое человечеству с древней­ших времен. Не раз он становился причиной кризисов и социальных катастроф. В традиционном обществе дефицит воды случался в локальных масштабах, и обусловленные им кризисы тоже оставались локальными. Но по мере развития человечества увеличивались масштабы и вододефицита, и кризисов. Именно водный кризис, обусловленный последствиями грандиозных работ по гидромелиорации (а именно – вторичным засолением почвы), стал причиной гибели цивилизации Древнего Двуречья. Аналогичные проявления неумелого водопользования привели к экономическому ослаблению Карфагена, последовавшему затем его поражению в войнах с Римом и фактическому исчезновению с карты Древнего Средиземноморья. В наши дни водный кризис приобретает глобальные масштабы.

Недопустимо высокий водозабор из многих рек, а также подземных источников обусловливает из­менение режима водных объектов, чему способствуют также угнетение и преобразование естественных эко­систем на водосборах и строительство всевозможных гидротехнических сооружений. Все­мир­ная комиссия по воде (World Commission on Water) констатировала, что бо­лее половины крупных рек мира «серьезно истощены и загрязнены, деградируют и отравляют окружающие их экосистемы, угрожая здоровью и жизнеобеспечению зависящего от них населения» .

К 1950 г. в мире было построено 5 тысяч плотин высотой более 15 м. Сейчас таких плотин более 45 тысяч. В последние полвека создавалось в среднем по две плотины в день. Однако возможности крупномасштабного гидротехнического строительства, отвечающего критериям экономической целесообразности, в Европе и США практически уже исчерпаны – именно этим, а не экологическими ограничениями, как нередко объявляется, следует объяснить весьма заметный спад такой деятельности в указанных регионах в последние годы. В развивающихся странах уровень использования гидропотенциала, естественно, заметно ниже, соответственно, больше возможностей возведения крупных гидротехнических сооружений. Спад крупномасштабного гидростроительства в Европе и Северной Америке объясняется тем, что там осталось совсем мало гидроресурсов, которые еще не вовлечены в хозяйство (а во Франции и ряде других стран Западной Европы их почти совсем не осталось). В Азии, Африке и Южной Америке неиспользуемых ресурсов много, там причина замедления гидростроительства другая: недостаток капитальных вложений. Потребности промышленных анклавов, контролируемых транснациональными корпорациями, удовлетворены, а внутренние потребности развивающихся стран богатых инвесторов не интересуют. Подчеркнем, что расширение водопользования требует взвешенных решений, иначе оно может привести к крайне негативным последствиям.

Таким образом, мировые резервы пресной воды, которые могли бы с приемлемыми затратами быть вовлечены в экономику, близки к исчерпанию. Между тем рост населения мира будет продолжаться еще по крайней мере полвека, хотя и с уменьшающимися темпами. Однако не только дополнительное население обусловит рост потребности в воде. Не менее важно, что этот рост поддерживается стремлением населения всех стран, а прежде всего – развивающихся, к улучшению качества жизни, невозможному без решения водохозяйственных проблем.

4. Альтернатива экстенсивному росту водопотребления

Экономическое процветание развитых стран в значительной степени обусловлено умелым использованием эффекта масштаба, когда отдача каждой следующей единицы затрат увеличивается с ростом объемов производства. Причины, формирующие возможность эффекта масштаба, действуют в обрабатывающей промышленности, особенно в массовом производстве и высокотехнологичных отраслях. В водопользовании, эксплуатации минеральных и биологических ресурсов, землепользовании подобные причины перекрываются иными факторами – действует закон убывающей эффективности . Затраты на транспортировку воды в масштабах ее промышленного, хозяйственно-питьевого и сельскохозяйственного применения (в км 3) претерпевают резкий скачок при пересечении границ бассейна .

Подчеркнем, что речь идет о промышленном и сельскохозяйственном использовании пресной воды. Представление о масштабах потребностей различных производств в воде дают несколько примеров. Теплоэлектростанция мощностью 1 млн кВт потребляет более 1 км 3 воды в год, АЭС той же мощности – не менее 1,5 км 3 воды в год. Средний расход воды на производство 1 т стали составляет около 20 м 3 , 1 т бумаги – 200 м 3 , 1 т химического волокна – более 4000 м 3 .

Импорт 1 т зерна эквивалентен импорту 1000 м 3 воды. Решающим обстоятельством для формирования потоков сельскохозяйственной продукции на мировом рынке становится дефицит воды. По водоемкости производства ввоз продуктов питания в Северную Африку и на Ближний Восток эквивалентен годовому стоку реки Нил. Необходим второй Нил – в определенном смысле виртуальный, чтобы накормить население этого региона при нынешних технологиях производства продуктов питания .

Утверждение о резком скачке затрат на транспортировку воды при пересечении границ бассейна справедливо именно для крупномасштабного водопользования, типичного для промышленности и сельского хозяйства. Часто повторяемая констатация, что бутылка воды стоит дороже, чем бутылка бензина, и предположение, что перевозить ее можно теми же способами, справедливы не столько для воды, сколько для бутылок. Отмеченный ценовой феномен указывает прежде всего на то, какие уродливые формы принимает подчас удовлетворение навязанных потребностей в современном обществе потребления. К решению проблемы глобального дефицита пресной воды это отношения не имеет.

Скачок транспортных затрат – главная причина, из-за которой водой нельзя торговать так, как торгуют нефтью. Рынки воды за весьма редкими исключениями всегда будут не более чем бассейновыми (имеются в виду, естественно, крупные бассейны), так что смягчение дефицита воды в странах, где он уже имеет место и будет все больше усиливаться, возможно либо за счет широкомасштабного применения водосберегающих технологий, либо благодаря отказу от производства водоемкой продукции и замещению ее импортом (либо в результате изменения системы конечного потребления, но эта возможность находится за рамками нашего анализа).

По оценкам, затраты на развитие водного хозяйства в соответствии со стратегией «as usual» («как обычно», то есть продолжая на экстенсивной основе устоявшиеся тенденции) для водоснабжения, канализации, водоочистки, сельского хозяйства и охраны окружающей среды составят ежегодно 180 млрд долларов США до 2025 г. (в предположении, что крупномасштабные переброски стока не будут реализовываться). Эта колоссальная величина может быть сокращена на порядок – до 10–25 млрд долларов в год для последующих 20 лет, если широко применять интенсивные технологии . Дело, конечно, не только в сокращении затрат, но и в том, что эти технологии обеспечивают уменьшение объема используемой воды и улучшение ее качества в природных источниках за счет снижения антропогенного воздействия на них и их водосборы, не дестабилизируют водопотребление в долгосрочном аспекте, а наоборот, способствуют его устойчивости.

Каковы резервы экономии воды при переходе к интенсивным технологиям водопользования, можно судить по нескольким примерам. В 2000 г. удельная водоемкость экономики в м 3 /год на 1 доллар ВВП составляла: в России – 0,3 м 3 /год, в Швеции – 0,012 м 3 /год, в Великобритании – 0,007 м 3 /год, в Белоруссии – 0,22 м 3 /год. Относительно уровня 1990 г. удельная водоемкость экономики России выросла в два раза, Швеции – осталась на том же уровне, а Великобритании – в два раза уменьшилась (ни одна из этих стран не относится к вододефицитным) .

На мировом рынке сектор технологий интенсивного водопользования – водоэффективных, водосберегающих и водоохранных – будет все активнее развиваться и расширяться по мере усиления глобального вододефицита. Эти технологии основаны на использовании широкого спектра веществ «высокой химии» и управляющих информационно-вычислительных систем, продавцами здесь будут развитые страны, обладатели патентов, лицензий, «ноу-хау» и прочей интеллектуальной собственности, квалифицированных кадров, передовых высокоэффективных производств. В дополняющем его секторе водоемкой продукции продавцами могут выступать только страны, имеющие водные ресурсы в избытке по сравнению со своими внутренними потребностями. К ним принадлежит и Россия, уступающая лишь Бразилии по водообеспеченности.

Деградация малых рек, недопустимое загрязнение крупных рек и особенно их притоков – явления, характерные для всех регионов России с развитой промышленностью и относительно высокой плотностью населения. Наша практика показывает, что и весьма значительные по объему водные ресурсы можно довести до деградации, если нерачительно их использовать, пренебрегать элементарными правилами охраны вод, экологическими и гидрологическими требованиями – сбрасывать без достаточной очистки огромные массы стоков, бессистемно бурить скважины для эксплуатации подземных вод, варварски вырубать лес на водосборе, неграмотно проектировать и строить дороги и ГТС, захламлять земли в речных бассейнах и т. д. Если в европейской части России уровень использования гидропотенциала в хозяйстве (порядка 80–90 %) примерно такой же, как в развитых странах, то азиатская часть нашей страны по этому показателю скорее напоминает развивающиеся страны (35–50 %). Было бы катастрофой, если бы массовое хозяйственное освоение водных богатств к востоку от Урала в будущем произошло в таких же антиэкологических (да и антиэкономических) формах, как состоялось в прошлом к западу от него. Вовлечение водных ресурсов в экономику должно происходить только в таких формах и объемах, при которых гарантируется устойчивость водопользования, сохранение в полной мере свойства их возобновимости.

Подчеркнем, что рынок водоемкой продукции – это рынок продукции, а не сырья. Для эффективного участия страны в качестве продавца на этом рынке одних запасов природного ресурса мало – необходимо и использующее его производство, не только добыча и транспортировка сырья. Используемый ресурс – прес-ная вода – воспроизводимый, неиссякающий (естественно, при выполнении водоохранных правил, соблюдении гидрологических и экологических норм эксплуатации). Кроме того, это ресурс, в принципе не заменимый никаким другим, его субституты могут составлять ему конкуренцию лишь до определенного природообусловленного предела, поскольку сама жизнь основана на «мокрых» технологиях, и нижний предел использования воды (прямого и опосредованного, через пищу и т. п.) положен человеку как биологическому организму, независимо от уровня его экономического и социального развития.

5. Глобальный водный кризис и перспективы российской экономики

Каковы перспективы выхода России на рынок водоемкой продукции? Для промышленности они, несомненно, очень высоки. К весьма водоемким отраслям относятся все основные подотрасли электроэнергетики , и Россия имеет здесь весьма солидный технологический опыт и научный задел. Конечно, значительная часть оборудования на наших теплоэлектростанциях морально устарела и физически изношена, но перспектива экспорта электроэнергии может послужить стимулом для обновления. Россия имеет колоссальные запасы угля, и весьма вероятно, что до появления принципиально новых способов производства электричества они будут востребованы. Естественно, расширение использования угля требует перехода к технологиям, обеспечивающим радикальное сокращение негативного воздействия на окружающую среду. Кстати, нет сомнений в том, что и ожидаемые новые электропроизводящие технологии будут весьма водоемкими. Вода в значительных количествах необходима для металлургического производства , а СССР 20 лет назад был мировым лидером по объемным показателям выплавки стали и ряда цветных металлов. Исключительно водоемкими являются нефтеоргсинтез, химия полимеров , и, опять-таки, эта отрасль представлена в России как промышленными предприятиями, так и научными коллективами, способными вывести ее на высокий уровень эффективности. Существенным обстоятельством является и то, что продукция данной отрасли используется при производстве технологий интенсивного водопользования (полимерные трубы, фильтры и пр.). Это может стать стартовой площадкой для прорыва и на рынок высоких технологий этого профиля. Еще одна водоемкая отрасль промышленности – целлюлозно-бумажная, традиционная для нашей экономики, прекрасно обеспечена в России не только водой, но и основным для нее видом сырья – древесиной.

В исследованиях проблем дефицита воды, однако, внимание обычно акцентируется на продукции не промышленности, а сельского хозяйства . На первый взгляд, здесь не найти особенно радужных перспектив для России. Холодный климат, бегство молодежи из села, обезлюдевшие деревни, массовый алкоголизм среди остатков не только мужского, но и женского сельского населения, утрата традиций ведения сельского хозяйства – все это хорошо известные и весьма негативные внутренние обстоятельства. К ним добавляется такой весьма существенный внешний фактор, как заниженные цены на сельскохозяйственную продукцию на мировом рынке. Тем не менее, острота неизбежного глобального водного кризиса заставляет внимательно рассмотреть и это направление.

Заниженные мировые цены на продукты питания – результат хорошо спланированной и реализованной политики развитых стран. В данный момент такие цены еще выгодны для них, как были выгодны заниженные цены на нефть в 1950– 1960-е годы. Так будет не всегда. Как только в глобальном масштабе станет ощущаться недостаток продовольствия (именно в глобальном масштабе, а не в отдельных странах вследствие неурожаев или иных относительно случайных обстоятельств), и это станет фактором международной нестабильности, причиной активизации терроризма и т. п., цены на сельскохозяйственную продукцию начнут расти. Значимость сурового климата часто переоценивается. Конечно, даже в условиях глобального потепления России не стоит надеяться стать экспортером, например, хлопчатника. Однако когда-то наша страна была главным экспортером зерна в мире, и это – лучшее доказательство того, что по природным условиям она может играть на рынке продовольствия далеко не последнюю роль и сегодня. Речь идет не о том, чтобы сеять пшеницу в бассейнах Яны или Индигирки. Надо использовать ту огромную (например, по западноевропейским масштабам) территорию, где у нас вполне приемлемые условия для сельского хозяйства. Таких урожаев и надоев, как во Франции или Нидерландах, у нас, скорее всего, не будет, но ведь по затратам на добычу и доставку внешнему покупателю наша нефть тоже примерно в восемь раз дороже, чем в Кувейте. Наконец, социальные и демографические факторы в российской деревне – это проблемы, которые необходимо решить независимо от того, что мы собираемся делать на внешнем рынке. Возможно, что одним из решающих моментов здесь должна стать миграционная политика. Так или иначе, но без возрождения сельского хозяйства у России нет будущего.

В настоящее время основой экономики Российской Федерации является топливная промышленность, база для ее развития – весьма значительные запасы минерального сырья, имеющиеся в стране. Однако эти запасы – невоспроизводимый ресурс, со временем он неизбежно иссякнет. Истощение запасов нефти, представляющей собой главную статью российского экспорта и определяющей основные источники дохода бюджета, прогнозируется через 25–30 лет. Однако с 1990-х годов геологоразведка не компенсирует в полной мере отработку эксплуатируемых месторождений вновь открываемыми. Принимая во внимание это обстоятельство, некоторые аналитики (а также министр природных ресурсов Российской Федерации Ю. П. Трутнев) прогнозируют истощение российских запасов нефти примерно через 15 лет. Во всяком случае, указывают именно этот срок, когда пытаются обосновать необходимость существенного улучшения работы геологоразведки и соответствующего увеличения ассигнований на нее.

Запасы природного газа истощатся позже, но вряд ли стоит рассчитывать на то, что с помощью этого вида углеводородного сырья удастся заделать все бреши в хозяйстве, которые возникнут из-за истощения запасов нефти. Очевидно, что расширение добычи газа неизбежно ускорит иссякание и этого источника.

Однако даже если истощение запасов нефти и природного газа в России произойдет существенно позднее, нашей экономике все равно необходимо преодолеть чрезмерную зависимость от рынка энергоресурсов, диверсифицировать экспортное производство, развивая перерабатывающие отрасли.

В рассуждениях о будущем российской экономики обычно слышатся призывы к рывку в постиндустриальный мир, к переходу от сырьевого хозяйства к высокотехнологичному. Для такого перехода имеются важные предпосылки, но нельзя игнорировать и весьма серьезные препятствия. По удельным экономическим показателям наша страна существенно отстает от развитых стран. У нас неблагоприятная демографическая ситуация, ее радикальное изменение требует длительного времени. Положение усугубляется потерями интеллектуальных ресурсов из-за «утечки мозгов», и хотя в последние годы она заметно замедлилась, но уже понесенные утраты весьма значительны. Недостаток финансирования российской науки в течение более чем полутора десятилетий снизил как ее результативность, так и потенциал. Эти долгосрочные факторы будут остро сказываться именно в тот период, который будет ключевым для перехода к высоким технологиям. Поэтому маловероятно, что Россия сможет в течение двух-трех десятилетий преодолеть научно-техническое отставание от развитых стран по всему спектру высокотехнологичной продукции. Следовательно, необходимо выбрать приоритетные направления экономического развития, исходя из объективных преимуществ, которыми располагает страна. Представляется, что главное преимущество России в «постнефтяной» период – водные ресурсы.

Вода – не единственный воспроизводимый ресурс, так что напрашивается вопрос: не применимы ли рассуждения о воде, пусть с теми или иными модификациями, к другим воспроизводимым ресурсам? Первое, о чем вспоминают в этой связи, – лес . Россия – самое богатое лесом государство мира (как и в случае с прес-ной водой, обладает почти четвертью мировых запасов). Несомненно, в будущем лесная и, особенно, лесоперерабатывающая промышленность должны занимать существенно более значимое место в экономике России, чем сейчас. Однако в отличие от пресной воды кризисной ситуации с древесиной в мире нет и не прогнозируется. Кризис, несомненно, имеет место, если говорить о сохранности и биосферных функциях лесных экосистем (человек вырубил уже около 40 % лесов на планете), но это – совсем другой сюжет, во всяком случае, не предполагающий увеличения лесозаготовок. Далее. древесина вполне заменима в большинстве сфер ее применения синтетическими материалами и/или металлами, а ее использование как источника энергии сближает лесное хозяйство с сельским, поскольку основано на использовании быстрорастущих пород (типа североамериканской сосны), высаживаемых на лесных плантациях. В этом случае мы опять возвращаемся к воде как необходимому фактору производства. Что касается иных «природных» биологических ресурсов, то трудно ожидать, что по значению для мировой экономики они приблизятся к водоемкой продукции. Исключение составляет марикультура, но, во-первых, это, по-видимому, более далекая перспектива (имея в виду массовое производство), чем здесь рассматривается, во-вторых, при весьма протяженной береговой линии для России характерны два фактора, существенно осложняющих развитие этого производства: первый – подавляющая часть наших морей – холодные воды Северного Ледовитого океана; второй – эти регионы почти не имеют населения.

Перестройка структуры мировой экономики под давлением угрозы глобального водного кризиса формирует исключительно благоприятные условия для водообеспеченных стран, поскольку неизбежен рост спроса и цен на водоемкую продукцию. Экспортеры водоемкой продукции окажутся в положении, аналогичном тому, которое обеспечивает благоденствие нынешних экспортеров нефти. Воспользоваться этим шансом можно будет только при условии серьезной подготовки к развитию экспортных водоемких производств.

Одна из стратегических задач управления развитием российской экономики состоит в том, чтобы определить, какие отрасли наиболее перспективны в этом аспекте, создать благоприятные условия для их развития, синхронизированного с ожидаемыми неизбежными сдвигами на мировом рынке. Вполне вероятно, что именно производство водоемкой продукции станет доминирующим направлением для российской экономики в «постнефтяной» период. Эти отрасли и должны стать «заказчиками» на высокие технологии, специалистов, инфраструктуру и пр. В связи с этим весьма ответственными представляются задачи водохозяйственного комплекса страны (ВХК); в него включаются, с одной стороны, водное хозяйство как инфраструктурная и ресурсообеспечивающая отрасль, с другой – все основные отрасли-водопользователи. ВХК будет принадлежать одна из главных ролей в обеспечении устойчивости развития экономики страны. В свою очередь, водное хозяйство должно будет обеспечить, во-первых, устойчивое водопользование, во-вторых, неистощимость эксплуатации водных ресурсов, их гарантированное воспроизводство, сохранение природных механизмов, их адекватное возобновление.

Сейчас большое внимание уделяется вопросам энергетической безопасности (в различных аспектах). В условиях глобального водного кризиса на первый план выйдет водная безопасность. Мировое сообщество будет трактовать ее как такое распределение воды и водоемкой продукции, при котором не возникает угрозы мировой стабильности по причине водных войн, водного терроризма и т. п. Соответственно, мировое сообщество будет заинтересованно следить за эффективностью и полнотой использования водных ресурсов там, где они имеются. Поэтому трактовка водной безопасности на национальном уровне будет предполагать, во-первых, удовлетворение потребностей экономики страны в водных ресурсах и, во-вторых, соответствие потребностям мирового сообщества в эффективном использовании избыточных для национальной экономики водных ресурсов. Здесь нет противоречия между интересами мирового сообщества и национальными интересами, поскольку для страны выгодно эффективно и устойчиво использовать свои ресурсы, продавать водоемкую продукцию на мировом рынке по ценам, обеспечивающим как минимум нормальную прибыль. Реальное противоречие в другом: между интересами страны и способностью ее элиты (хозяйственной, административной, политической) обеспечить адекватное соблюдение этих интересов.

Проблема выбора стратегии развития российской экономики в «постнефтяном» периоде в научной постановке не рассматривается ни в отечественной, ни в мировой литературе. Не изучалась также роль водных ресурсов как структурообразующего фактора для реального сектора народного хозяйства России. Задачи водного хозяйства не ставились и не анализировались для условий, когда оно оказывается центральной ресурсообеспечивающей отраслью. Возможности развития производства водоемкой продукции в России практически не исследовались в общей народнохозяйственной постановке, хотя известны работы по отдельным отраслям (гидроэлектроэнергетика, отчасти орошаемое земледелие) в частных постановках. Системную, широкомасштабную, много- и междисциплинарную научную проработку этих проблем нельзя откладывать до времени, когда глобальный водный кризис из прогнозируемого превратится в реальный, к ней необходимо приступить уже сейчас.

Глобальная экологическая перспектива 3. – М.: ИнтерДиалект, 2002; Вода для людей, вода для жизни. Доклад ООН о состоянии водных ресурсов мира. Обзор (Программа оценки водных ресурсов мира). – М., 2003. (Global ecological prospect 3. – Moscow: Inter Dialect, 2002; Water for people, water for life. The World Water Development Report of the UN. Review (A program of the assessment of water resources of the world). – Moscow, 2003).

Rodda, G. On the problems of assessing the World water resources // Geosci and water resource environment data model. – Berlin: Heidelberg, 1997. – P. 14–32.

Более точное определение, а также анализ альтернативных вариантов см., например, в экологическом энциклопедическом словаре. – М.: Ноосфера, 2002. (More exact definition, and also the analysis of alternative variants see, for example, in the Ecological Encyclopedic Dictionary. – Moscow: Noosphere, 2002).

Данилов-Данильян, В. И. Устойчивое развитие (теорети­ко-ме­тодо­логи­че­скийанализ) // Экономика и математические методы. – Т. 39. – вып. 2. – 2003. (Danilov-Danilyan, V. I. Sustainable development (theoretic and methodological analysis) // Economy and mathematical methods. – Vol. 39. – Issue 2. – 2003).

Gleick, P. H.Global freshwater resources: soft-path solutions for the 21th century // Science. – 2003. –302, № 5650. – P. 1524–1527.

Конопляник, Ал. А. Концепция «виртуальной воды» (рукопись). – 2006. (Konoplyanik, A. A. The concept of ‘virtual water’ (a manuscript). – 2006).

Общий объем воды на Земле составляет примерно 1400 млн куб. км, из которых лишь 2,5 %, то есть около 35 млн куб. км, приходится на пресную воду. Большая часть запасов пресной воды сосредоточена в многолетних льдах и снегах Антарктиды и Гренландии, а также в глубоких водоносных горизонтах. Главными источниками воды, потребляемой человеком, являются озера, реки, почвенная влага и сравнительно неглубоко залегающие резервуары подземных вод. Эксплуатационная часть этих ресурсов составляет лишь около 200 тысяч куб. км - менее 1 % всех запасов пресной воды и лишь 0,01 % всей воды на Земле, - и значительная их доля размещена вдали от населенных территорий, что еще более обостряет проблемы водопотребления.

По общему объему ресурсов пресной воды Россия занимает лидирующее положение среди стран Европы. По данным ООН к 2025 г. Россия вместе со Скандинавией, Южной Америкой и Канадой останутся регионами наиболее обеспеченным пресной водой, более 20 тысяч куб. м/год в расчете на душу населения.

По оценке Института мировых ресурсов за последний год, самыми необеспеченными водой странами мира были 13 государств, среди которых 4 республики бывшего СССР - Туркмения, Молдова, Узбекистан и Азербайджан.

Страны, имеющие до 1 тысячи куб. м пресной воды в среднем на душу населения: Египет - 30 куб. м на человека; Израиль - 150; Туркмения - 206; Молдова - 236; Пакистан - 350; Алжир - 440; Венгрия - 594; Узбекистан - 625; Нидерланды - 676; Бангладеш - 761; Марокко - 963; Азербайджан - 972; ЮАР - 982.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Вода – самое распространенное на Земле вещество. Водная оболочка, гидросфера , содержит 1,4 млрд км 3 воды, из них воды суши составляют только 90 млн км 3 .

Моря и океаны занимают 71% поверхности земного шара, поэтому существует представление о неисчерпаемости водных запасов. Однако соленые воды морей и океанов используются людьми очень мало, а получение пресной воды за счет атмосферных осадков и ледников локально и ограничено.

В последнее время возник острый дефицит пресной воды, хотя общее ее количество огромно. Больше всего пресной воды расходуют на орошение. При этом получают высокие устойчивые урожаи, поэтому расход воды на орошение будет увеличиваться. По прогнозам, использование воды на орошение к 2000 г. достигнет 37% всех ресурсов пресных вод, или около 7000 км 3 в год (рис. 1).

Рис. 1. Увеличение годового расхода воды

Потребление воды увеличивается с ростом народонаселения и все возрастающей его концентрацией в городах и промышленных центрах. Уже сейчас около трети населения Земли испытывает недостаток в чистой пресной воде. Это касается почти всех крупных городов.

Недостаток воды стал особенно ощутим в связи с увеличением ее расходования на нужды промышленности. Так, для выплавки 1 т чугуна и перевода его в сталь и прокат требуется 300 м 3 воды, 1 т никеля – 4000 м 3 , 1 т синтетического каучука – 3600 м 3 , 1 т капрона – 5600 м 3 .

Все в больших количествах вода идет на разбавление отходов. К 2000 г. на эти цели будет расходоваться более 34% общегодовой потребности человечества в пресной воде.

Возросший дефицит пресной воды связан с загрязнением водоемов промышленными и бытовыми стоками. Особенно сильно загрязняют поверхностные воды отходы целлюлозно-бумажных, химических, металлургических, нефтеперерабатывающих предприятий, текстильных фабрик и сельского хозяйства.

К наиболее распространенным загрязнителям относятся нефть и нефтепродукты. Они покрывают поверхность воды тонкой пленкой толщиной 10 –4 см 2 , препятствуют нормальному газо- и влагообмену между водой и воздухом. Это вызывает гибель водных и околоводных организмов. Если пятно небольшое (до десятка квадратных метров), то оно исчезает с поверхности воды в течение 24 часов, образуя эмульсии. Тяжелые фракции нефти оседают на дно (рис. 2).

Рис. 2. Схема процессов распределения и разрушения нефти, разлитой в море

Сильно загрязняют водоемы поверхностно-активные вещества (ПАВ ), в том числе синтетические моющие средства (СМС ), широко применяемые в быту и промышленности. Присутствие СМС в воде придает ей неприятный вкус и запах. В загрязненных реках с быстрым течением образуется пена. Концентрация СМС в воде в 1 мг/л вызывает гибель микроскопических планктонных организмов, 3 мг/л – гибель дафний и циклопов, 5 мг/л – заморы рыбы. СМС замедляют естественное самоочищение водоемов, действуя угнетающе на многие биохимические процессы.

Важную роль в ухудшении качества пресной воды играет эвтрофикация водоемов (от греч. “эутрофис” – хорошее питание). Снос биогенных веществ в водоемы в естественных условиях происходит очень медленно – в течение тысячелетий. Человек вносит на поля удобрения, и во время дождей, паводков они сносятся в водоемы. Быстрое накопление органических веществ , азотных и фосфорных удобрений в водоемах приводит к обильному размножению плавающих сине–зеленых водорослей. Вода мутнеет, в ней начинается разложение органических веществ, ухудшается снабжение воды кислородом, гибнут ракообразные и рыбы, вода приобретает неприятный вкус.

Опасными загрязнителями водоемов служат соли тяжелых металлов – свинца, железа, меди, ртути. Их поступление связано с промышленными предприятиями, расположенными на берегах водоемов. Иногда концентрация ионов этих металлов в теле рыб в десятки и сотни раз превышает исходную их концентрацию в водоеме (рис. 3).

Рис. 3. Накопление тяжелых металлов по цепям питания в пресноводном биоценозе :
1 – скопа; 2, 10 – щука; 3 – гнездо скопы; 4, 5 – ондатра; 6, 11 – окунь; 7, 16 – бактерии и фитопланктон; 8, 12 – плотва; 9 – речной рак; 14 – мотыль; 15 – зоопланктон

Одна из важнейших причин уменьшения запасов пресных вод связана с сокращением водоносности рек. Она вызвана вырубкой лесов, распашкой пойм и осушением болот. За счет этого резко увеличивается поверхностный сток и понижается уровень грунтовых вод. Быстрое таяние снега весной, выпадение обильных дождей в этих условиях вызывает катастрофические половодья, а летом реки мелеют и иногда пересыхают полностью.

Сегодня человечество живёт в период, когда пресной воды на Земле катастрофически не хватает. Дефицит пресной воды становится одним из главных факторов, сдерживающих развитие цивилизации во многих регионах мира...

Описание проблемы

Только за период времени с 1950 по 1980 годы потребление пресной воды в год возросло в четыре раза и достигло 4000 км 3 , и этот рост продолжается. Расход воды на одного жителя современного города составляет от 100 до 900 л в сутки. И это только на бытовые нужды. Однако во многих странах эта цифра составляет менее 10 л, в результате чего более двух миллиардов человек на земле не обеспечены даже питьевой водой в достаточном количестве.

За последние 30 лет средний расход топлива на 100 км легковыми автомобилями сократился более чем в два раза, но по прежнему человеку нужно не менее двух литров питьевой воды в сутки. Мы живём в так называемую эпоху End of Oil Age, Beginning of Renewable Resources Age. По мнению экспертов ООН, в XXI веке вода станет более важным стратегическим ресурсом, чем нефть и газ, поскольку тонна чистой воды уже сейчас дороже нефти (Северная Африка, Австралия, ЮАР, Аравийский полуостров, Центральная Азия, США (некоторые штаты). По некоторым оценкам, каждый доллар, вложенный в улучшение водоснабжения и санитарии, приносит внушительный доход от $ 25 до $ 84.

Основными источниками пресной воды являются воды рек, озёр, артезианских скважин и опреснение морской воды. Количество воды, находящейся в каждый данный момент в атмосфере, составляет от 10 до 14 тыс. км 3 , в то время как всего во всех речных руслах и озёрах содержится 1,2 тыс. км 3 . Ежегодно испаряется с поверхности суши и океана около 600 тыс. км 3 , столько же потом выпадает в виде осадков, и всего лишь 7 % общего количества выпадающих осадков составляет речной годовой сток. Из сравнения общего количества испаряющейся влаги и количества воды в атмосфере легко видеть, что она в течение года в атмосфере обновляется 45 раз . Итак, основной источник пресной воды — вода в атмосфере — оказывается неиспользуемым.

В настоящее время в основном используются два метода опреснения воды: дистилляция путём выпаривания (70 %) и фильтрация через мембраны (30 %).

Оба метода достаточно дороги, так как требуют значительных расходов энергии. Мембранный метод достаточно чувствителен к механическим загрязнениям воды, кроме того с ростом температуры опресняемой воды производительность мембранных установок снижается. В результате деятельности обеих типов систем получается значительное количество соли, которую необходимо удалять, что приводит к загрязнению среды мощными опреснительными заводами. Кроме того, сжигание нефти для получения энергии, необходимой для работы этих установок приводит к загрязнению атмосферы. Использование же естественных процессов позволяет получать огромные количества пресной воды в южных районах, практически не влияя на окружающую среду.

Большое число стран, расположенных в засушливых и жарких районах земного шара, страдают от отсутствия пресной воды, хотя её содержание в атмосфере значительно. Вода в атмосфере распределена неравномерно, более половины всего водяного пара приходится на нижние слои (до 1,5 км) и около 50 % — на тропосферу . На поверхности Земли средняя по земному шару абсолютная влажность составляет примерно 10-12 г/м 3 , в тропических зонах она составляет более 25 г/м 3 . В пустынях и степях, где практически отсутствуют источники пресной воды, абсолютная влажность в приземном слое воздуха колеблется от 15 до 35 г/м 3 и существенно меняется в течении суток у поверхности земли, достигая максимальных значений в ночное время . Данный ресурс пресной воды постоянно возобновляется, характеристики конденсата, который может быть получен в большинстве районов Земли, очень высокие: конденсат содержит на два-три порядка меньше токсичных металлов по сравнению с требованиями санитарных служб, практически не содержит микроорганизмов, хорошо аэрирован. Использование влаги, содержащейся в атмосфере Земли, с минимальным воздействием на окружающую среду, позволит решить все проблемы, связанные с дефицитом пресной воды, причём, как будет показано ниже, возможно создание таких установок, практически не требующих энергозатрат, что позволяет утверждать — эта вода будет самой дешёвой из всех, которые получаются иными способами .

На нашей планете достаточно много мест с практически идеальными условиями для получения пресной воды из атмосферного воздуха Например, в Королевстве Саудовская Аравия, государстве с населением более 25 млн человек, занимающей почти 80 % территории Аравийского полуострова и несколько прибрежных островов в Красном море и Персидском заливе, по устройству поверхности большая часть страны — обширное пустынное плато (высота от 300-600 м на востоке до 1520 м на западе), слабо расчленённое сухими руслами рек (вади). Вдоль побережья Персидского залива протянулась местами заболоченная или покрытая солончаками низменность Эль-Хаса (шириной до 150 км). Климат на севере — субтропический, на юге — тропический, резко континентальный, сухой. Лето очень жаркое, зима тёплая. Среднегодовая норма осадков около 70100 мм (в центральных районах максимум весной, на севере — зимой, на юге — летом); в горах до 400 мм в год. В районах пустынь и некоторых других в отдельные годы дожди не выпадают совсем.

Почти вся Саудовская Аравия не имеет постоянных рек или водных источников, временные потоки образуются только после интенсивных дождей. Проблема водоснабжения (а это примерно 1520 км 3) решается посредством развития предприятий по опреснению морской воды, созданием глубоких колодцев и артезианских скважин.

Средняя температура июля в Эр-Рияде колеблется от 26 до 42 °C, в январе от 8 до 21 °C, абсолютный максимум — 48 °C, на юге страны до 54 °С с относительной влажностью воздуха 40-70 % (относительная влажность может быть определена как отношение плотности водяного пара к плотности насыщающего водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах), а в каждом кубическом метре воздуха содержится до 24 г воды. При понижении температуры на 10-15 °С из каждого кубического метра можно выделить до 12 г воды. Если учесть, что суточный перепад температуры может составлять более 20 °C, то становится понятным, почему в Сахаре часто выпадают обильные росы.

Для получения значительных количеств конденсата из атмосферного воздуха необходимо выполнение двух условий: температуры ниже «точки росы» и наличие центров конденсации. Если в пересыщенный пар внести каплю с радиусом больше критического, то рост капли будет приводить к уменьшению термодинамического потенциала и, следовательно, будет происходить конденсация. Если же радиус капли меньше критического, то будет происходить испарение капли, так как при росте капли в этом случае термодинамический потенциал растёт. При понижении температуры, которое происходит в Сахаре в ночное время, очень часто пар оказывается в метастабильном состоянии, и для появления второй фазы в атмосфере, то есть для образования капель, необходимо наличие «зародышей» размером, превышающим критический. Это могут быть мелкие капли воды либо пылинки, либо земная поверхность. Например, чтобы капля размером 0,1 мкм росла при температуре 10 °C, необходимо перенасыщение более 200 %. Мелкие ядра конденсации в атмосфере живут достаточно долго, но они малы, чтобы происходила конденсация, большие же ядра быстро удаляются в результате стоксова оседания. В условиях климата стран Ближнего Востока, в ночное время температурные условия во многих случаях бывают выгодными для формирования осадков, однако отсутствие ядер конденсации в нижней атмосфере не даёт возможности каплям достаточно развиться. Поэтому необходимо создание сильно разветвлённой системы конденсирующей поверхности и условий конвективной вентиляции для обдува её влажным атмосферным воздухом.

Если водяной пар сконденсировался и находится в воздухе в виде мелких капель, то получение воды сводится к механическому её извлечению из влажного воздуха. Эксперименты по получению воды данным методом проводились во многих районах мира. Этот способ получения воды происходит в природных экосистемах. Хорошо известно, что горы и лес как бы «вычёсывают» туманы. Даже если нет дождя, но если облако проходит в горах через лес, то влага конденсируется на ветках и листьях деревьев и потом попадает на землю. Получение конденсированной влаги на кустах, деревьях либо на искусственных водоуловителях подтверждено экспериментально в 47 местах в 22 странах мира. В районах города Феодосия, в Тувинской республике, на древних курганах Алтая и в Закавказье обнаружены кучи щебня (габионы), сложенные людьми для конденсации атмосферной влаги.

Наиболее интересными были феодосийские сооружения, которые, к сожалению, в настоящее время разобраны.

В городе Феодосия в России до 80-х годов XIX века не было водоснабжения из одного какого-либо мощного источника, но в довольно большом количестве имелись городские «фонтаны». Вода к ним была подведена самотёком по гончарным трубам в направлении с гор, окружающих город. На этих горах никаких признаков источников или каких-либо сооружений для водопровода не было. Дело было в том, что конденсат собирался со скалы, на которой были установлены специальные щебневые кучи. При этом использовался эффект капиллярной конденсации. Во времена расцвета Феодосии в XV-XIV веках её население достигало более 80 тыс. человек, однако всё водоснабжение осуществлялось с помощью таких конденсационных габионов.

Пути решения

В последнее время осуществлялись попытки создания подобных искусственных установок в России. Так, в Лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова профессором Алексеевым В.В. с сотрудниками разработана конструкция стационарной установки «Роса-1» с расчётной производительностью 20-40 м 3 пресной воды в сутки в районе Средиземноморья . Она предназначена для получения пресной воды путём конденсации атмосферной влаги на системы развёрнутых конденсирующих поверхностей, обдуваемых влажным атмосферным воздухом.

Конденсация паров воды, содержащихся в воздухе, при охлаждении его в вечернее и ночное время — природный процесс. Он активно используется природными экосистемами, но применение его в хозяйственных целях представляет сложную проблему ввиду малого удельного (в расчёте на единицу площади) количества образующегося конденсата. Авторы установки «Роса-1» ставили перед собой задачу локализовать в предлагаемых ими устройствах и интенсифицировать процесс конденсации атмосферной влаги с целью получения результатов, обеспечивающих с технической и экономической стороны возможность хозяйственного использования этих устройств, главным образом в засушливых зонах, лишённых источников воды. При этом они опираются на исторический опыт применения для получения пресной воды аналогов этих устройств, представляющих собой галечные (гравийные) «кучи».

По этой аналогии авторы также предлагают использовать галечное заполнение некоторого объёма, в котором локализуется процесс конденсации атмосферной влаги, поскольку необходимым условием такой локализации является максимальное развитие поверхности конденсации, то есть предлагаются некие конструкции для конденсации атмосферной влаги, основу которых при различных общих геометрических формах составляют так называемые габионы, представляющие собой сетчатый контейнер из проволоки, заполненный кусками щебня с условным диаметром 10 см. Для усиления воздухообмена в объёме этой конструкции предлагаются вытяжные устройства различного конструктивного исполнения с подогревом воздуха для усиления естественной тяги, а также тепловые трубы для отвода тепла из объёма устройства в атмосферу.

Основным показателем работы рассматриваемого устройства является его производительность, которая при сопоставлении с капитальными вложениями и эксплуатационными затратами определяет себестоимость единицы продукции (пресной воды), что, в свою очередь, даёт ответ на вопрос о возможности хозяйственного применения устройства. Опытный образец такой установки был установлен в городе Обнинске Московской области, однако производительность её оказалась крайне низкой в первую очередь за счёт плохой работы габионов, эффективное охлаждение которых которые оказалось невозможным. Однако работы на этом не прервались, и группа профессора Алексеева В.В. разработала несколько других схем установок типа «Источник» и других . Однако расчётной производительности, которая позволила бы создать промышленную установку, достичь так и не удалось.

Нашей задачей стало разработка схемы установки для получения пресной воды из атмосферного воздуха (схема установки представлена на рис. 1 и 2 ), использующей возобновляемые источники энергии с увеличением эффективности работы конденсирующей поверхности и обеспечением полной автономности при работе. Для этого в установку для конденсации пресной воды из атмосферного воздуха , содержащую солнечные коллектора, солнечные батареи,

Основным показателем работы рассматриваемого устройства является его производительность, которая при сопоставлении с капитальными вложениями и эксплуатационными затратами определяет себестоимость единицы продукции холодильную систему, водосборник, воздуховод и вентиляционную систему, введена в качестве конденсатора высокоэффективная система конденсирующих панелей специальной конструкции, а в качестве источника холода используются поверхностные слои земли на некоторой глубине. Эффект достигается за счёт того, что используется в качестве конденсатора высокоэффективная система конденсирующих плоских тонкостенных панелей, а в качестве источника холода используются естественные источники холода — поверхностные слои земли на некоторой глубине.

Она содержит корпус 1, теплообменные панели 2, охладительные ёмкости 3, насосную станцию 4, теплообменную колонну 5, ёмкость для воды 6, аккумуляторную станцию 7, плоские солнечные коллектора 8, солнечные батареи 9 и систему автоматического управления 10. Теплообменные панели 2 представляют собой установленные вертикально плоские теплообменники, сваренные из двух тонкостенных (толщиной 0,1-0,5 мм) листов с внутренними каналами по которым проходит охлаждающая жидкость (вода), поступающая из холодильника. Холодильник выполнен в виде нескольких охладительных ёмкостей 3, представляющих из себя резервуары большой ёмкости (более 20-60 тыс. л), заполненные водой и зарытые в землю на глубину 5-10 м. Теплообменная колонна 5 — это установленная вертикально цилиндрическая ёмкость объёмом до 2000 л, заполненная водой, которая нагревается в дневное время плоскими солнечными коллекторами (СК) 8 (устройства, преобразующие солнечную энергию в тепловую энергию теплоносителя).

Работа установки происходит следующим образом. В дневное время происходит накопление тепловой энергии в теплообменной колонне за счёт работы плоских солнечных коллекторов (СК) и электрической энергии в аккумуляторах аккумуляторной станции за счёт работы солнечных батарей (СБ). Ночью температура поверхности земли и воздуха начинает уменьшаться вследствие радиационного излучения. За счёт теплообменной колонны, заполненной горячей водой, которая нагревается в дневное время плоскими солнечными коллекторами (СК), в вытяжной трубе корпуса установки создаётся поток тёплого воздуха.

В результате разности давлений атмосферный воздух поступает через открытую нижнюю часть внутрь корпуса и вступает в контакт сначала с нижним ярусом, а затем и с верхними ярусами теплообменных панелей, и через вытяжную трубу уходит в атмосферу.

Если относительная влажность воздуха близка к 100 %, то находящийся в нем водяной пар конденсируется на поверхностях теплообменных панелей, а полученная вода стекает в резервуар. Если относительная влажность воздуха меньше 100 %, но больше 50 %, то сначала воздух охлаждается у поверхности теплообменных панелей до температуры, когда пар становится насыщенным, а затем происходит конденсация. Процесс конденсации будет продолжаться также и днём, только сначала тёплый атмосферный воздух будет охлаждаться поверхностями теплообменных панелей, так как внутри теплообменных панелей протекает холодная вода, которая подаётся насосами из резервуаров большой ёмкости, заполненных водой и зарытых в землю на глубину более 5 м, до температуры, пока находящийся в нём пар не станет насыщенным. При нагреве воды в резервуаре холодильника выше установленной температуры система автоматического управления подключает к работе другой резервуар, а в отключённом резервуаре происходит охлаждение воды путём естественного теплообмена с холодным грунтом земли. Затем процесс повторяется в той же последовательности. При условии работы установки в течении 10 часов в сутки, суточная норма получения воды для установки с внешним диаметром 15 м с поверхностью конденсации около 2500 м 2 должна составить от 15 до 25 тонн.

С целью подтверждения возможности получении пресной воды на автономной установке для получения воды из атмосферного воздуха были проведены экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования проводились на территории опытного производства Центрального аэрогидродинамического института имени Н.Е. Жуковского (город Жуковский Московской области) в июле 2005 года с 17:30 до 18:30 часов в условиях переменной облачности при средней температуре окружающего воздуха 25 °С и относительной влажности около 70 % . В качестве конденсирующей поверхности была использована плоская теплообменная панель из коррозионно-стойкой стали толщиной 0,3 мм с суммарной площадью поверхности 0,5 м 2 . Панель при помощи гибких шлангов и патрубка подсоединялась к водопроводной сети, а из другого патрубка панели вода сливалась в канализацию. Для проведения эксперимента использовалась вода из системы водоснабжения, температура которой на входе в панель не превышала 12-13 °C. Скорость подачи воды в панель составляла 5-6 л/мин. Для создания воздушного потока использовали бытовой вентилятор, которым была организована обдувка панели со скоростью 2-3 м/с. Эксперимент продолжался в течении одного часа. Полученную в результате конденсации воду собирали губкой (ввиду малого времени эксперимента) с поверхности в мерную ёмкость. В результате было получено за один час 0,28 л воды. То есть производительность установки для условий Москвы (очень неблагоприятных с точки зрения получения максимальной производительности) составляет примерно 0,56 л/ч. Таким образом, с одного квадратного метра за 10 часов можно получить 10-12 л пресной воды, а производительность промышленной установки с площадью конденсации 2500-3000 м 2 может достигать 32 тонн воды в сутки. Для работы данной установки не требуется никакой энергии, кроме солнечной, функционирует она в автоматическом режиме и является при этом абсолютно экологически безопасной.

Проведённые эксперименты подтвердили не только возможность получения пресной воды на автономной установке для получения пресной воды из атмосферного воздуха, но и её достаточно высокую эффективность, но, к сожалению, сегодня не существует ни одной промышленной установки по конденсации воды из атмосферы, хотя есть несколько бытовых решений для получения 10-100 л воды в сутки.

Основными рынками сбыта подобных промышленных установок будут страны Персидского залива, США (Калифорния и пр.), Австралия, Центральная Азия, Южная Европа, Северная Африка, Индия, Китай.

Вода, конденсируемая из атмосферы, является полностью возобновляемым природным ресурсом, для производства используются источники возобновляемой энергии, стоимость воды будет значительно ниже, чем воды из опреснительных станций, в тоже самое время стоимость опреснённой воды возрастёт в несколько раз до 2030 года.

Инвестиционная привлекательность проекта. Для инвесторов и фондов, принявших решение инвестировать в проект на ранней стадии развития открываются перспективы по получению инвестиционного дохода, сравнимые с инвестициями на ранних стадиях в такие компании, как Facebook, WhatsApp, Skype, Instagram и прочие. В следующее десятилетие на рынок выйдут новые компании с технологиями, которые сегодня находятся на уровне ранних R&D. Это повлечёт за собой создание новой международной индустрии, развитие новых технологий на разных континентах.

Промышленные установки для получения не менее 20 тыс. литров воды в сутки планируется создавать с применением технологий, не имеющих никаких мировых аналогов.

Эти установки будут полностью энергонезависимыми, в качестве источника электроэнергии для работы всех узлов и агрегатов будет использоваться электроэнергия от PV-панелей или ветровых генераторов (это зависит от региональной специфики), часть электроэнергии будет продаваться через традиционные энергетические сети.

Для достижения максимальной энергоэффективности и экономической эффективности мы планируем устанавливать не единичные установки, а монтировать AWG Farms^ которых одновременно будет эксплуатироваться 15-30 установок, это позволит получать от 300 тыс. до 600 тыс. литров воды в сутки, или от 90 тыс. до 200 тыс. тонн воды в год.

Патенты и «ноу-хау». Сегодня готовы материалы и документы для нескольких патентов, для которых нужна международная патентная защита. В процессе создания производства промышленных установок будет создано и подано не менее нескольких сотен патентов для защиты изобретений и «ноу-хау».

Производство. Для создания производства промышленных установок необходимо наличие высокоразвитой инфраструктуры, современное прессовое и сварочное оборудование, последние разработки в области нержавеющих сталей, материаловедения, PV-индустрии, специалисты-материаловеды, конструкторы, инженеры, теплотехники, технологи, логистики, специалисты ВИЭ (возобновляемые источники энергии) и т.п. После завершения работ с MVP мы планируем в течении года создать производство промышленных образцов.

Промышленные установки для получения не менее 20 тыс. литров воды в сутки планируется создавать с применением технологий, не имеющих мировых аналогов. Эти установки будут полностью энергонезависимыми (будет использоваться электроэнергия от PV-панелей или ветровых генераторов).

Маркетинг и продажи. Основными регионами мира, в которых есть огромный интерес к промышленным установкам конденсации воды являются: страны MENA, Центральная Азия, Южная Европа, Индия, Австралия, США, Китай, Северная и Южная Америка.

В качестве заказчиков и партнёров мы рассматриваем следующие типы организаций: частные и государственные компании, отвечающие за водоснабжение и коммунальные услуги; частные и государственные компании, занимающиеся развитием альтернативной энергетики и возобновляемыми природными ресурсами; частные и государственные фонды и агентства; международные организации и фонды; различные благотворительные и прочие социально ориентированные организации.

До 2025 года общие инвестиции всех стран в альтернативные технологии получения воды оцениваются на уровне $ 150-400 млрд.

Инвестиции, потребность в финансировании. Для завершения испытаний и создания MVP необходимо 15-20 млн рублей. Для создания производства промышленных установок необходимо $ 2224 млн.

1. Захаров И.А. Экологическая генетика и проблемы биосферы. - Л.: Знание, 1984.
2. Кузнецова В.Н. Экология России: Хрестоматия. - М.: АОМДС, 1995.
3. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир. Пер. с англ. - М.: Мир, 1993.
4. Патент РФ. №20564479 «Установка для конденсации пресной воды из атмосферного воздуха».
5. Патент РФ. №2131001 «Установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха».
6. United States Patent №6.116.034 System for Fresh Water From Atmospheric. AIR/Sep/2000.
7. Патент РФ №2256036. Автономная установка для конденсации пресной воды из атмосферного воздуха.
8. Semenov I.E. Аutonomous installation for condensation of fresh water from atmospheric air. Das int. Simposium «Okologiche, technologiche und rechtlihe Aspekte der Lebensversorging». «ERO-EGO. Hannover. 2012.
9. Семенов И.Е. Автономная установка для конденсации пресной воды из атмосферного воздуха // ВиСТ, №12/2007.
10. Семенов И.Е. Вода из воздуха // Вода и экология, №4/2014.

В ХХ в. население земного шара выросло в три раза. За это же период потребление пресной воды увеличилось в семь раз, в том числе на коммунально-питьевые нужды - в 13 раз. При таком росте потребления стало резко не хватать водных ресурсов в целом ряде регионов мира. По данным Всемирной организации здравоохранения более двух миллиардов человек в мире страдают сегодня от нехватки питьевой воды. В ближайшие 20 лет, учитывая современные тенденции роста населения и мирового хозяйства, следует ожидать увеличения потребности в пресной воде не менее чем на 100 км 3 в год.

Проблема дефицита пресной воды становится все актуальней для многих регионов мира. Её обострение связывают с ростом населения, климатическими изменениями и рядом других причин. Однако для многих мест на земном шаре эта проблема не является новой и обусловлена климатическими особенностями, а именно небольшим количеством осадков. К засушливым областям относятся те территории, где выпадает менее 400 мм осадков в год. При таких значениях невозможно ведение сельского хозяйства без дополнительных источников воды. Наиболее засушливые области (экстрааридные), где выпадает менее 100 мм осадков в год, составляют 34% земной поверхности (без учета Антарктиды). На аридные области (100-200 мм осадков в год) приходится 15% поверхности суши. Столько же занимают семиаридные области (200-400 мм осадков в год).

Территории аридных земель в основном приходятся на развивающиеся страны, в которых нормы потребления воды отличаются от индустриальных стран. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в развивающихся странах лишь 25% сельского населения имеют приемлемый доступ (т.е. не требующий значительного времени хождения) к источнику водоснабжения. Территории 36 государств мира включают засушливые области, а территории 11 стран представляют собой на 100% засушливые области (Египет, Саудовская Аравия, Йемен, Джибути и др.). В России к районам, испытывающим дефицит пресной воды, относится Калмыкия, из стран ближнего зарубежья - Крым, Казахстан, Туркмения, Узбекистан.

В настоящее время водный голод ощущается даже в тех местах, где раньше его не было. На 70% всех обрабатываемых земель царит засуха. При этом в нетронутых степях содержание влаги в почве в 1,5 - 3 раза больше, чем в пашне. Причина водного голодания не в недостатке пресной воды, а в нарушении цепи, связывающей воду с почвой.

Все более ощутимо на изменение режима вод суши влияет деятельность человека, в результате которой заметно увеличивается расход вод на испарение в процессе развития орошения и увеличения площади водохранилищ. Сокращение атмосферных осадков и речного стока при увеличении испаряемости внутренних областей суши привело к снижению их общей увлажненности.

С деятельностью человека связано изменение обмена подземных вод, их пополнение за счет создания искусственных водоемов и сокращения в результате интенсивного выкачивания. Ежегодно извлекается до 20 тыс. км 3 подземных вод. В настоящее время под воздействием антропогенной деятельности более 20 % территории континентов коренным образом преобразована (перевыпос скота, вырубка лесов и т.п.), что приводит к изменению водного режима.

Такие экологические нарушения не могли не сказаться на глобальном процессе потребления воды. Из-за снижения прироста сельскохозяйственного водопотребления произошло снижение и общего прироста мирового водопотребления.

Это уже привело к сложностям водоснабжения в ряде регионов Земли. Достаточно сказать, что начиная с середины 1990-х годов река Хуанхе (Китай) из-за того, что разбирается на протяжении всего своего русла на орошение, 260 дней в году не впадает в Желтое море. Аналогичные трудности с водоснабжением наблюдаются в Индии, Пакистане, в Северной Африке и других странах Средиземноморья, на Аравийском полуострове, Мексике и ряде стран Центральной, Южной и Северной Америки, в частности в США, Австралии.

На рост водопотребления серьезно сказалось увеличение масштабов урбанизации. Суточный расход воды на личные нужды жителя современного благоустроенного города 100-400 л. В то же время во многих местах земного шара эта цифра снижается до 20-30 л. Почти миллиард человек на нашей планете не обеспечены безопасной питьевой водой, хотя ее годовое потребление постоянно растет

Естественными источниками водоснабжения являются поверхностные воды рек и озер. Однако во многих районах мира, и не только в развивающихся странах, объем забираемой воды уже достиг или превысил допустимую величину. Например, в юго-западной части США объем потребления воды равен среднегодовому стоку рек.

Другим естественным источником водоснабжения в аридных областях являются подземные воды. Крупные запасы подземных вод имеются в Саудовской Аравии в восточной части пустыни Эль-Хаса, где скважины дают 200-700 л/с с глубины 200-1000 м. Возобновляемые запасы подземных вод имеются в Азии. Однако во многих местах этот источник водоснабжения отсутствует, или же вода является минерализованной. Таким образом, естественные источники пресной воды не могут удовлетворить все возрастающие потребности в ней. Следовательно, для решения этой проблемы необходимо искать другие, более эффективные пути.

Опреснение морской воды или солёной воды из подземных источников. Выработка пресной воды в мире растет непрерывно и высокими темпами. Так, если в 1960 году опреснение составило 0,09 км 3 , то в 1985 году получали 7,5 км 3 . Тогда же был сделан прогноз на 2000 год - 40 км 3 , которому не суждено было сбыться. На самом деле смогли достичь величины в 15,3 км3. Распределение количества получаемой воды по регионам неравномерно. На Средний Восток приходится 60%, Северную Америку - 13%, Европу - 10%, Африку - 7%, на остальной мир - 10%. На страны СНГ приходится всего 0,6% от общего объема выработки опресненной воды в мире. дефицит пресный вода загрязнение

Несмотря на существенные различия данных методов опреснения у них есть ряд общих свойств. Во-первых, для производства пресной воды они используют морскую воду или артезианскую слабо соленую, при этом для дистилляционного метода и обратного осмоса вода требуется в большом количестве, т.к. в первом случае она используется для охлаждения конденсатора, а во втором для создания водного потока вдоль мембран с целью предотвращения их от загрязнения.

Использование морской воды означает необходимость их размещения вблизи водоема, т.к. эксплуатация крупных установок вдали от водоема приводит к повышению себестоимости воды, а эксплуатация установок индивидуального использования практически невозможна. Кроме того, необходимость размещения опреснительных установок вблизи водоема обусловлена тем, что в него сливается при опреснении концентрированный рассол. Следует отметить, что сброс рассола оказывает на экологию неблагоприятное воздействие, поскольку в водоем поступает большое количество вредных веществ в концентрированном виде, например, химические добавки, которые вносятся в воду для уменьшения образования накипи при дистилляции, а также сброс приводит к повышению солености в данном районе.

Особенно негативна для развития опреснения морских вод тенденция удорожания топлива, т.к. на себестоимость производимой воды существенное влияние оказывают энергозатраты, составляющие 60% ее величины.

Один кубометр пресной воды в умеренных широтах обходился в зависимости от места в 15-32 цента, а некоторым приморским промышленным предприятиям примерно 2,2 доллара и дороже, особенно в случае химической очистки водопроводной воды или штрафных санкций на превышение лимитов на воду. В экономически выгодном положении опреснение оказывается по сравнению с подачей пресной воды на расстояние 10-300 км для водоснабжения мелких населенных пунктов и отдельных рекреационных объектов.

В настоящее время основным источником пресной воды продолжают оставаться воды рек, озер, артезианских скважин и опреснение морской воды. В то же время, если во всех речных руслах находится 1,2 тыс. км 3 , то количество воды находящееся в каждый данный момент в атмосфере равно 14 тыс. км 3 . Ежегодно испаряется с поверхности суши и океана 577 тыс. км 3 и столько же потом выпадает в виде осадков. Вода в атмосфере в течение года обновляется 45 раз.

По высоте влага распределена неравномерно, половина всего водяного пара приходится на нижний, полуторакилометровый слой атмосферы, свыше 99% - на всю тропосферу. У земной поверхности абсолютная влажность в среднем по миру составляет 11 г/м 3 . Многие из стран жаркого пояса страдают от отсутствия пресной воды, хотя ее содержание в атмосфере значительно. Например, в Джибути в течение всего года практически не бывает дождей, в то время как абсолютная влажность в приземном слое воздуха колеблется от 18 до 24 г/м 3 . В пустынях Аравийского полуострова и в Сахаре над каждым квадратом поверхности со стороной 10 км в сутки проносится такое же количество воды, какое содержалось бы в озере площадью 1 км 2 и глубиной 50 м. Чтобы взять эту воду, надо только открыть символический «кран»

Ресурс пресной воды в атмосфере постоянно обновляется, качество конденсата для большинства районов нашей планеты очень высокое: в нем на два-три порядка меньше токсичных металлов (по сравнению с требованиями санитарных служб), практически нет микроорганизмов, он хорошо аэрирован. Как показывают экономические оценки, вода из атмосферы может стать самой дешевой из всех, что получаются иными способами.

Для процесса конденсации воды из атмосферного воздуха помимо всего прочего следует учитывать географические условия. Из них наиболее важными являются следующие:

• 1. Глобальная циркуляция воздуха. Для конденсации воды из атмосферного воздуха наиболее приемлемы устойчивые ветра в одном направлении. Такая ситуации возможна там, где воздух циркулирует вокруг области высокого давления, например, в юго-восточной части Тихого океана. Это позволяет существовать здесь на протяжении сухих летних месяцев устойчивым ветрам, как например, на юго-западном берегу северного Чили и вдоль побережья Перу. Аналогичная ситуация имеет место на юго-западном побережье Африки.
• 2. Горные области. Для повышения вероятности конденсации воды из атмосферы необходимо, чтобы горы служили преградой для насыщенного влажного воздуха. В масштабах континентов таковыми являются, например, Анды в Южной Америке. На микроуровне - изолированные холмы, позволяющие накапливаться там влажному воздуху. В случае горного побережья важно, чтобы горы было приблизительно перпендикулярны направлению ветра, приходящего со стороны океана. Это расширяет возможность выбирать приемлемые для конденсации места.
• 3. Высота над уровнем моря. Толщина слоистого или слоисто-кучевого облака с высотой меняется. Наиболее насыщенна верхняя часть облака. Эта область имеет наиболее приемлемое содержание воды. В различных районах мира такая «рабочая» для возможного получения конденсационной воды область располагается на высоте от 400 до 1500 м над уровнем моря.
• 4. Расстояние от побережья. Перемещение потоков перенасыщенного морского воздуха может достигать вглубь суши на расстоянии 5 км, но возможно и до 25 км. По мере того как морской поток воздуха проникает вглубь континента, есть большая вероятность того, что он смешается с воздухом суш и рассеивается. Тем не менее, есть много районов в глубине континентов, где этого не происходит: пустыни Атакама в Южной Америке, Намиб в Южной Африке. Кроме того, для процесса конденсации в прибрежных областях особенно важным является бризовая циркуляция. Во многом поэтому, прибрежные районы являются наиболее подходящим местом для получения конденсационной воды из атмосферного воздуха.

Эксперименты по получению воды данным методом проводятся во многих районах мира. В 47 местах в 22 странах на 5 континентах сбор воды данным методом подтвержден экспериментально. Стоимость производства воды данным методом зависит от многих факторов, в частности от места расположения установки. Подсчитано, что при эксплуатации установки в районе эксперимента стоимость будет составлять 1 доллар за м 3 , при этом сюда включается стоимость изготовления коллекторов. Субсидируемая стоимость доставляемой в данную местность воды составляет 8 долларов за м 3 .

Опыты по конденсации воды из атмосферы проводятся и в нашей стране, в частности, в лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ, где с 1996 г. ведутся научно-изыскательные работы в этой области.

По нашему мнению, принудительная конденсация воды из воздуха в приземном слое могла бы со временем решить проблему водоснабжения во многих регионах, страдающих от нехватки пресной воды. Использование конденсационных установок, например, в развивающихся странах позволит экономить энергию, которая требуется при опреснении морской воды.